专利名称：一种爆破片流阻系数测试方法
技术领域：
本发明涉及爆破片测试技术，特别提供了一种爆破片流阻系数测试方法。
背景技术：
爆破片是广泛用于化工、石油化工、炼油、冶金、制药、食品、能源、动力等部门的锅 炉、压力容器及压力管道系统上的安全装置。爆破片的应用场合主要是高压、易燃、易爆、有 毒等介质，其工况要求较高，大多是化学反应等的生产过程。这些生产过程易出现反应过程 的压力急剧波动或激烈的化学反应以致发生爆炸的可能性。由于介质的特殊性这些生产过 程大多是不允许有介质渗漏的情况发生，而一旦出现意外，又要求安全泄放装置有极高的 动态响应，且有足够的泄放量，以使生产设备和场所不致产生严重破坏的后果。或者是设备 的工作温度较高，在安全阀无法适应的情况下，也必需使用爆破片作为安全泄放装置。因此，要求爆破片能适用这种急速相变超压、气相化学燃爆超压及粉尘燃爆超压 等要求有较大排放量的情况。按GB567-1999《爆破片与爆破片装置》的适用范围要求，通常 爆破片可以制成直径5-1500mm、爆破压力0. 001-500MPa的各种规格，以适应各种泄放量的 要求。当前爆破片制作已采用了很多高科技手段，材料包括不锈钢、镁、镍、钛、合金及石墨 等，适应不同介质和温度，动态响应特性优异，同时还具有很强的耐腐蚀性和耐疲劳性。爆 破片的结构形式有百余种，并有着很高的技术含量和极高的售价。这就给爆破片的检测和 试验提出了更高的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种填补技术空白的爆破片流阻系数测试方法。本发明一种爆破片流阻系数测试方法，一种爆破片流阻系数测试方法，其特征在 于所述爆破片流阻系数测试方法具体是使用压缩空气作为动力，在管路中对被测试的 爆破片进行流阻试验，获得试验数据；之后对数据进行分析，进而得到爆破片流阻系数；所述爆破片流阻系数测试方法依据专门的爆破片流阻系数测试系统进行试验；所 述爆破片流阻系数测试系统的构成如下动力源(101)、调压器(102)开关阀(104)、滞止容器(105)、喷嘴组(106)、收集容 器(107)、缓冲罐(108)爆破片安装夹板(109)、试验管路(110)、测试元件(100)；其中，上 述组成部分中除试验管路(110)、测试元件(100)外均以顺序串联布置的方式布置在试验 管路(110)上；测试元件(100)、布置在其他任意二个构成部分之间或者其他组成部分中； 动力源(101)和开关阀(104)之间还设置有用于调压的调压器(102)；收集容器(107)和 爆破片安装夹板(109)之间还设置有缓冲罐(108)。在所述爆破片流阻系数测试方法中，在管路中对被测试的爆破片进行流阻试验， 所获得数据为压力数据、温度数据和湿度数据；其所使用的测试元件(100)中的压力传感器具体设置在下述位置之一或其组合 动力源(101)和调压器(102)之间，调压器(102)和开关阀(104)之间，滞止容器(105)上，收集容器(107)上，缓冲罐(108)上，缓冲罐(108)和爆破片安装夹板(109)之间试验管路 (110)，爆破片安装夹板(109)远离缓冲罐(108)的一侧；所述温度传感器(111)设置在滞止容器(105)或/和缓冲罐(108)上；
在所述爆破片流阻系数测试系统中，流量测试系统由包含有4个音速喷咀、5个气 动球阀、4个压力传感器、1个温度传感器、1个滞止容器、1个收集容器；流体阻力测试系统 包含有1个缓冲罐、5个不同直径的测试管道、2个绝压压力传感器、3个差压压力传感器、1 个温度传感器和1个湿度传感器。在所述爆破片流阻系数测试方法中，流阻试验的具体要求是首先需要提前设置项目参数后，然后进行流阻试验；试验过程中记录数据除了 实时显示当前数据外，还通过曲线将数据记录下来，具体包括9个压力数据、3个温度数据、 1个湿度数据；数据记录启动后，通过控制各个阀和喷嘴的开关来调整试验管路中的压力； 试验结束，系统提示用户确认试验数据有效性；同时系统自动保存试验数据并更新项目中 的相关信息；数据分析在进行完成流阻试验后，即进行数据分析系统会在数据库中读取对 应的数据记录并在界面中自动回放，可以做改变数据分析区间的操作；当确定一个合适的 区间后，就执行数据分析，分析结果存入数据库。在所述爆破片流阻系数测试方法中，试验管路(110)要求为光滑管，其公称直径 要与受试爆破片的直径相一致。系统的试验管路(Iio)由公称直径50mm、80mm、100mm、 150mm、200mm 5根管路组成。管路长度从筒体至受试爆破片的长度为管径的58倍(测试 管内装有整流器时)至92倍；受试爆破片之后的管路长度也不小于管径的57倍。在所述爆破片流阻系数测试方法中，设置在缓冲罐(108)上的压力传感器P1是作 为流阻测试计算的基准压力，因此也选用了与Ptl相同的绝压变送器，温度传感器T1选用与 T0相同的传感器，以保证计算数据的准确性；在缓冲罐上安装的湿度传感器RH用于对湿空气进行必要的修正；在测试管路上还分别安装4个压力传感器，其中Pb为绝压传感器，其它3个为差 压传感器。在所述爆破片流阻系数测试方法中，流阻测试中数据计算的具体要求如下1)临界流的判断对于利用音速喷嘴进行流量计算的先决条件是流体在喷嘴喉部是否达到了音速， 可判断喷嘴出口处的压力与滞止压力的比。根据本装置的喷嘴结构和测试介质，允许喷嘴 出口压力的最大值P2max = 0·81ρ0。2)流量计算f.质量流量计算式(GB/T21188-2007) 式中qm——实际质量流量，kg/s ；Ant——喷嘴喉部横截面积，m2 ；
Cd,—流出系数，无量纲；C ——实际气体一维临界流函数，无量纲；p0——喷嘴入口处气体绝对滞止压力，Pa ；R——通用气体常数，8. 31451 J/mol · K ；M——摩尔质量，kg/mo 1 ；T0——喷嘴入口处气体绝对滞止温度，K ；g.喷嘴喉部横截面积4个喷嘴的喉部直径见表2，计算各喷嘴喉部横截面积Ant。流出系数流出系数可由表2中取得；表2喷嘴参数表 h.临界流函数干空气的临界流函数由下式进行计算 式中 p0——喷嘴入口处气体绝对滞止压力，Pa ；T0——喷嘴入口处气体绝对滞止温度，K ；pc = 3. 3958MPa, Tc = 126. 192K ；系数a” b” Ci 见表 3 表3 i.摩尔质量干空气的摩尔质量M = 2. 89626 Xl(T2kg/mol ；j.湿空气的质量流量修正式⑴计算得到的为不含C02的干空气的质量流量，为 得到实际空气的质量流量，可由式(3)进行修正；qm:q响 1 + ^ (0.25 + 0.04732^) +(3)式中qm——修正后的含C02的湿空气的质量流量，kg/s ；qm, dry——由式1计算得不含C02的干空气的质量流量，kg/s ；XCC2 —空气中含C02的摩尔分数(如果未知，可用0. 0004)；RH——空气的相对湿度，％ ； T、3I一一同式(2)；
3)阻力系数计算要求如下
a．单位面积质量流量
b．管道入口处马赫数
C．管道入口处的膨胀系数
(6)
d．管道入口处压力
e．管道入口处温度
(8)
f．在取压[51处的温度
…
g．在取压口处的音速
h．在取压[51处的比容
vtap=R*Ttap/M*Ptap …(11)
i．在取压口处的马赫数
Ma.tap=G*vtap/Vtap ……(12)
j．在取压口处的膨胀系数
1．重复进行f．至k．计算管道入口至每一取压口A、B、C和D的阻力系数；对每一取压口计算(9)至(14)式；
m．取压口A和B间的阻力系数
KAB=KB-KA0085
0086
0087
0088
0089
0090
0091
0092
0093
0094
0095
0096
0097
0098
0099
0100 0101 0102
0103
0104
0105
0106
0107
0108
0109
0110 0111 0112
0113
0114
0115
0116
0117
0118
0119
0120 0121
n.取压口 B和C间的阻力系数 .........(16)
KB-C = Kc-KB
o.取压口 C和D间的阻力系数
KC-D = Kd-Kc .........(17)
p.摩擦系数
f = Ka_bXD/(4XLa_b).......
q.雷诺数
Re = DXG/u.....
r.管道粗糙度
(18)
(19)
(20)
s.取压口 B和C间管子的阻力系数
(21)
t.受试爆破片的阻力系数
KRI — KB_c~KpipeB_c
(22)
式中
M——分子量，kg/mo 1 ； k——比热比；
qffl——测量的质量流量，kg/s ； P。——基点压力，Pa(A)； T。——基点温度，K ； D——试验管路内径，m ；
L
'A-B
」B-C
tapA
tapB
tapC
-取压口A和B间的管道长度 -取压口B和C间的管道长度 -取压口C和D间的管道长度 -取压口 A处绝压，Pa (A) -取压口 B处绝压，Pa (A) -取压口 C处绝压，Pa (A) -取压口 D处绝压，Pa (A)
,m ,m ,m
p —
1 tapD
G——单位面积质量流量，kg/m2 Mal——管道入口处马赫数； Pi——管道入口处绝压，Pa (A)； T——管道入口处温度，K;
T
tap
‘tap
‘tap
tap
L tap
-取压口处的温度，K; -取压口处的音速，m/s ； -取压口处的比容，m3/kg 一取压口处的马赫数； -取压口处的膨胀系数；
Ktap—取压口的总阻力系数；KA_B——取压口 A禾Π B间的阻力系数；KB_C——取压口 B禾Π C间的阻力系数；KC_D——取压口 C禾Π D间的阻力系数；f——摩擦系数； μ——空气在Ptl和Ttl条件下的粘度，Pa · s ；Re——雷诺数；E——管道粗糙度，_ ；KpipeB_c——取压口 B和C间管子的阻力系数；KEi——受试爆破片的阻力系数。在所述爆破片流阻系数测试系统中的动力源(101)为能提供压缩空气的动力装 置例如螺杆空压机。本发明是以试验为目的，主要特点是设备工作频率较低，但要求适用范围较大、测 试精度较高。考虑到设备的投资和场地占用，我们选用气驱泵作为升压力源。因此作为动 力源的空压机将成为重点设备。我们选用螺杆空压机作为动力源，为提高空气质量配置了 冷干机和空气缓冲罐。在所述爆破片流阻系数测试系统中，为了减小排气的噪音，在测试管路末端还设 置有可安装消音器。但要对消音器为爆破片阻力系数测定的影响要进行试验和评估。本发明主要由流量测试系统和阻力测试系统两部分组成；其中流量测试部分具 体为流量标准器，由一组音速喷嘴和传感器组成，其应用可以获得较高的精度和较大的流 量测量范围。阻力测试部分由缓冲罐、测试管路和传感器等组成。由一台工控机进行系统 控制、参数测量、数据存储、结果计算等。在所述爆破片流阻系数测试系统中还设置有用于 进行系统控制、参数测量、数据存储、结果计算的工控机作为控制器。通过精确测量流过该装置的流体流量及测试管路上的各点压力，可精确计算流体 在测试管路中的阻力系数。当在测试管路中放入爆破片后，再测量管路中的阻力系数，其增 加值即为爆破片的阻力系数。流体阻力测试的介质为压缩空气，其气源与爆破片爆破压力试验系统共用一套气 源装置。流量测量系统由调压器、开关阀、滞止容器、喷嘴组、收集容器及气动球阀和管路 组成。由空气贮罐供应的压缩空气，经调压器调节并稳定在某一压力范围。由压力传感器 P2和P3指示气源和调压后的气体压力。由绝压变送器Ptl和温度传感器Ttl测得音速喷嘴的 滞止压和滞止温度。根据测试的流量范围决定开启喷嘴，由P4测得压力确定喷嘴中流体是 否达到音速。若达到音速，通过PpTci及流出系数C等参数计算试验介质的质量流量或体积 流量。必要时对计算的结果进行试验介质的湿度修正。通过精确测量流过该装置的流体流量及测试管路上的各点压力，可精确计算流体 在测试管路中的阻力系数。当在测试管路中放入爆破片后，再测量管路中的阻力系数，其增 加值即为爆破片的阻力系数。在实际实验操作时检查各阀门是否处于开启状态，除通向流阻试验用储气罐的阀门应关闭外(不做流阻系统测试时)其它阀门均应开启。合上电源箱内的空压机及冷干机的空气开关，按下 空压机和冷干机上的启动按钮，空压机和冷干机开始运转。试验前检查要求检查机器运行状态，听机器运转声音是否正常，检查缓冲罐上压 力表的示值是否达到设定值。空压机的操作和保养请认真阅读空压机的使用说明书。若关闭空压机，按停机按钮。在机器停止运行后，再关闭电源。非紧急时空压机不 要按急停按钮停机，更不可以直接切断空气开关的方式进行关机。本发明中流量测试系统由4个音速喷咀、5个气动球阀、4个压力传感器、1个温度传感器和 滞止容器及收集容器组成。见图2以及图1的上半部分，其操作均由计算机控制。 流体阻力测试系统由缓冲罐、5个不同直径的测试管道、2个绝压压力传感器、3个 差压压力传感器、1个温度传感器和1个湿度传感器组成。见图1的下半部分，其操作和计 算均由计算机完成。操作方法见软件操作部分。本发明的优点该装置的流阻测试系统利用了音速喷咀组进行流量测试，可有效 的提高流量测试精度和装置的测试范围。系统中的流阻系数测试装置可完成在低于爆破片爆破压力的条件下进行流阻系 数测试，即减少了测试过程的能源消耗，同时也降低了试验过程的噪音。符合当今的节能环 保要求。
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明图1为爆破片流体阻力测试系统示意图；图2为流量测试系统示意图；图3为爆破片流阻系数检测系统的硬件结构组成示意图；图4为爆破片流阻系数检测系统输入通道布线图；图5为爆破片流阻系数检测系统输出开关量结构图。
具体实施例方式附图2中各附图标记含义如下表所示(其中，如28-1、28_2等标号含义皆在图上 对应着同一个标号28)表 1 实施例1一种爆破片流阻系数测试方法，所述爆破片流阻系数测试方法使用专门的爆破 片流阻系数测试系统，所述爆破片流体阻力测试系统的构成如下动力源(101)、调压器 (102)、开关阀(104)、滞止容器(105)、喷嘴组(106)、收集容器(107)、缓冲罐(108)、爆破 片安装夹板(109)、试验管路(110)、测试元件(100)；其中，上述组成部分中除试验管路 (110)、测试元件(100)外均以顺序串联布置的方式布置在试验管路(110)上；测试元件 (100)、布置在其他任意二个构成部分之间或者其他组成部分中。在所述爆破片流阻系数测试系统中的动力源(101)和开关阀(104)之间还设置有 用于调压的调压器(102)。在所述爆破片流阻系数测试系统中的收集容器(107)和爆破片安装夹板(109)之间还设置有缓冲罐(108)。在所述爆破片流阻系数测试系统中的动力源(101)为能提供压缩空气的动力装 置例如螺杆空压机。本实施例是以试验为目的，主要特点是设备工作频率较低，但要求适用范围较大、 测试精度较高。考虑到设备的投资和场地占用，我们选用气驱泵作为升压力源。因此作为 动力源的空压机将成为重点设备。我们选用螺杆空压机作为动力源，为提高空气质量配置 了冷干机和空气缓冲罐。在所述爆破片流阻系数测试系统中的测试元件(100)具体为压力传感器；其具体 设置在下述位置之一或其组合动力源(101)和调压器(102)之间，调压器(102)和开关阀(104)之间，滞止容器 (105)上，收集容器(107)上，缓冲罐(108)上，缓冲罐(108)和爆破片安装夹板(109)之间 试验管路(110)，爆破片安装夹板(109)远离缓冲罐(108)的一侧。在所述爆破片流阻系数测试系统中还包含有温度传感器(111)；其具体设置在滞 止容器(105)或/和缓冲罐(108)上。在所述爆破片流阻系数测试系统中流量测试系统由包含有4个音速喷咀、5个气动球阀、4个压力传感器、1个温度传 感器、1个滞止容器、1个收集容器；流体阻力测试系统包含有1个缓冲罐、5个不同直径的测试管道、2个绝压压力传 感器、3个差压压力传感器、1个温度传感器和1个湿度传感器。在所述爆破片流阻系数测试系统中还设置有用于进行系统控制、参数测量、数据 存储、结果计算的工控机作为控制器。在所述爆破片流阻系数测试系统中，为了减小排气的噪音，在测试管路末端还设 置有可安装消音器。但要对消音器为爆破片阻力系数测定的影响要进行试验和评估。本实施例主要由流量测试系统和阻力测试系统两部分组成；其中流量测试部分 具体为流量标准器，由一组音速喷嘴和传感器组成，其应用可以获得较高的精度和较大的 流量测量范围。阻力测试部分由缓冲罐、测试管路和传感器等组成。由一台工控机进行系 统控制、参数测量、数据存储、结果计算等。通过精确测量流过该装置的流体流量及测试管路上的各点压力，可精确计算流体 在测试管路中的阻力系数。当在测试管路中放入爆破片后，再测量管路中的阻力系数，其增 加值即为爆破片的阻力系数。流体阻力测试的介质为压缩空气，其气源与爆破片爆破压力试验系统共用一套气 源装置。流量测量系统由调压器、开关阀、滞止容器、喷嘴组、收集容器及气动球阀和管路 组成。由空气贮罐供应的压缩空气，经调压器调节并稳定在某一压力范围。由压力传感器 P2和P3指示气源和调压后的气体压力。由绝压变送器Po和温度传感器L测得音速喷嘴的 滞止压和滞止温度。根据测试的流量范围决定开启喷嘴，由P4测得压力确定喷嘴中流体是 否达到音速。若达到音速，通过&、!；及流出系数C等参数计算试验介质的质量流量或体积 流量。必要时对计算的结果进行试验介质的湿度修正。通过精确测量流过该装置的流体流量及测试管路上的各点压力，可精确计算流体在测试管路中的阻力系数。当在测试管路中放入爆破片后，再测量管路中的阻力系数，其增 加值即为爆破片的阻力系数。在实际实验操作时，需要检查各阀门是否处于开启状态，除通向流阻试验用储气 罐的阀门应关闭外(不做流阻系统测试时)其它阀门均应开启。合上电源箱内的空压机及 冷干机的空气开关，按下空压机和冷干机上的启动按钮，空压机和冷干机开始运转。试验前检查要求检查机器运行状态，听机器运转声音是否正常，检查缓冲罐上压 力表的示值是否达到设定值。空压机的操作和保养请认真阅读空压机的使用说明书。若关闭空压机，按停机按钮。在机器停止运行后，再关闭电源。非紧急时空压机不 要按急停按钮停机，更不可以直接切断空气开关的方式进行关机。本实施例中流量测试系统由4个音速喷咀、5个气动球阀、4个压力传感器、1个 温度传感器和滞止容器及收集容器组成。见图2以及图1的上半部分，其操作均由计算机 控制。流体阻力测试系统由缓冲罐、5个不同直径的测试管道、2个绝压压力传感器、3个 差压压力传感器、1个温度传感器和1个湿度传感器组成。见图1的下半部分，其操作和计 算均由计算机完成。操作方法见软件操作部分。实施例2本实施例所述爆破片流体阻力测试系统主要由流量测试系统和阻力测试系统两 部分组成。流量测试部分由类似计量部门校验流量计所用的流量标准器，由一组音速喷嘴 和传感器组成，其应用可以获得较高的精度和较大的流量测量范围。阻力测试部分由缓冲 罐、测试管路和传感器等组成。由一台工控机进行系统控制、参数测量、数据存储、结果计算寸。通过精确测量流过该装置的流体流量及测试管路上的各点压力，可精确计算流体 在测试管路中的阻力系数。当在测试管路中放入爆破片后，再测量管路中的阻力系数，其增 加值即为爆破片的阻力系数。本实施例是以试验为目的，主要特点是设备工作频率较低，但要求适用范围较大、 测试精度较高。考虑到设备的投资和场地占用，我们选用气驱泵作为升压力源。因此作为 动力源的空压机将成为重点设备。我们选用螺杆空压机作为动力源，为提高空气质量配置 了冷干机和空气缓冲罐。实际操作时，首先检查各阀门是否处于开启状态，除通向流阻试验用储气罐的阀 门应关闭外(不做流阻系统测试时)其它阀门均应开启。合上电源箱内的空压机及冷干机 的空气开关，按下空压机和冷干机上的启动按钮，空压机和冷干机开始运转。检查机器运行状态，听机器运转声音是否正常，检查缓冲罐上压力表的示值是否 达到设定值。空压机的操作和保养请认真阅读空压机的使用说明书。若关闭空压机，按停机按钮。在机器停止运行后，再关闭电源。非紧急时空压机不 要按急停按钮停机，更不可以直接切断空气开关的方式进行关机。流量测试系统由4个音速喷咀、5个气动球阀、4个压力传感器、1个温度传感器和 滞止容器及收集容器组成。见图1的上半部分和图2，其操作均由计算机控制。操作方法见 软件操作部分。流体阻力测试系统由缓冲罐、5个不同直径的测试管道、2个绝压压力传感器、3个
18差压压力传感器、1个温度传感器和1个湿度传感器组成。见2的下半部分，其操作和计算 均由计算机完成。操作方法见软件操作部分。我们选择压缩空气作为测试介质，主要是获得不同压力的压缩空气比较容易，成 本较低，测试环境较清洁且流动稳定性控制相对也比较容易等。但由于要提高测试精度，选 用了音速喷嘴，则带来较大的系统运行噪音。系统使用50m3的空气贮罐作为试验介质的供应源。介质压力0. 9-1. OMPa,未经干
燥等处理。 目前的流量计种类很多，但在较大流量下、达到较高的精度且故障率较低的还当 属音速喷嘴。因此音速喷嘴也被计量部门作为校验流量计的标准器所使用。本实施例选用了 10mm、20mm、40mm、50mm 4个音速喷嘴组成一个喷嘴组，在 0. 20MPa(绝压)的试验介质压力下可获得117. 724m3/h到5303. 217m3/h(标准状态)的 15种不同的流量量程。通过提高试验介质的压力，可以形成不同的流量量程。当试验介质 压力达到0.60MPa (绝压)时，可获得最高达15909.651m3/h (标准状态)的多种流量组合。 这种组合可以使各量程段的测量精度都能满足要求。这4只喷嘴经精确加工后，由中国计量科学研究院进行标定，其精度都达到 0.2%。结论为可以作为标准器使用。经配用精度不低于0.1%的压力传感器和温度传感 器，流量测试系统和精度将不低于1%。若将空气干燥或使用湿度传器进行计算修正，可进 一步提高流量测试系统的准确性。流量的测量精度除受喷嘴精度外，最主要的是由传感器的精度决定。准确的测 量液体的压力和温度甚至湿度，都将影响流量的测量和计算结果。为此我们选用美国 R0SEM0UNT 3051C型绝压变送器，其精度为0. 046 %，直接测量喷嘴的滞止压力的绝压值， 避免了通常使用的压力传感器测量表压再加上当地大气压的测量和计算过程所带来的两
次误差。温度测量则选用了美国模拟器件公司生产的AD590单片集成两端感温电流源，温 度范围-55°C 155°C，非线性误差士 0.3°C，输出1 μ A/K。它的使用将减少传感器加变送 器所产生的误差。系统还可选择湿度传感器，常规湿度传感器的误差为2%，采用湿度传感器后，可 对试验介质的湿度进行修正计算，有利于进一步提高系统的测试精度。流量测量系统由调压器、开关阀、滞止容器、喷嘴组、收集容器及气动球阀和管路 组成。由空气贮罐供应的压缩空气，经调压器调节并稳定在某一压力范围。由压力传感器 P2和P3指示气源和调压后的气体压力。由绝压变送器Ptl和温度传感器Ttl测得音速喷嘴的 滞止压和滞止温度。根据测试的流量范围决定开启喷嘴，由Ρ4测得压力确定喷嘴中流体是 否达到音速。若达到音速，通过PpTci及流出系数C等参数计算试验介质的质量流量或体积 流量。必要时对计算的结果进行试验介质的湿度修正。图1中示意图符号说明PQ-音速喷咀滞止压力(绝压)，MPa ；Ttl-音速喷咀滞止温 度(绝压)，"C5P1-测试管道入口压力(绝压)，MPa J1-测试管道入口温度(绝压)，°C； P2-测试气源压力(表压)，MPa;P3-调压器后压力(表压)，MPa;P4-收集容器压力(表压)， MPa ;PA_B-测试管道A点与B点的差压力，MPa ；Pb-测试管道B点压力(绝压)，MPa ；PB_C-测 试管道B点与C点的差压力，MPa ；PC_D-测试管道C点与D点的差压力，MPa ；Rh-测试管道入口的空气湿度，％。爆破片流阻检测系统的硬件结构如图3所示。系统的硬件需求处理器Intel Pentium 4 1. 4 GHz或更高；内存256MB或更高；硬盘1G或 更高；显存32MB ；输入键盘，鼠标。系统的软件需求操作系统Microsoft Windows XP/2000 ；预装软件 Microsoft Office 2003 或以上；系统组件 Microsoft. Net Framework 2. 0 或以上。系统软件操作说明登录系统后，在主界面上单击系统校准按钮，即进入系统校准功能。系统校准 主要对系统中各个传感器(包括压力、温度、湿度等)进行校准。界面上显示了当前传感器的对应量程及当前值，如果该采样值需要校准，只需要 单击传感器所对应的校准按钮，即可进入相应的校准界面。注意在单击校准按钮之前，请先确认传感器量程与实际传感器量程是否一致。传感器的校准采用两点校准法。分别为低值和高值。具体校准过程如下(以校 准0 0. 7KPa量程传感器为例)i.校准低值手动调节系统管路中压力，使校准传感器所在位置的压力在一个较 小的值，例如OKPa，从压力表读取此时的压力，在校准值区域输入，然后点击按钮校准 低值；ii.校准高值手动调节系统管路中压力，使校准传感器所在位置的压力在一个 较大的值，例如0. 6KPa，从压力表读取此时的压力，在校准值区域输入，然后点击按钮校 准高值；iii.校准完成后，单击完成按钮，返回校准主界面。此时主界面中的当前值会 自动根据新的校准值进行刷新。注意为了保证测量的精度，请务必选择与试验相匹配的传感器量程。项目设置在进行一项新的试验时，需要先对试验项目的基本参数进行设置，设置 信息主要包括样品基本参数，管路参数以及相应的试验参数。在项目设置界面中，可以执行项目的新建，修改，删除等操作。具体操作方法与常 规数据库软件的用户管理操作类似；其还可以对项目进行条件查询。可以快速的查找需要 的项目信息。参数说明项目参数中包含三类项目信息，分别为样品参数、传感器参数和管路参数。样品参数中包括项目编号、申请单位、规格、抽样数量等。传感器参数包括各个测 试点得传感器量程等。管路参数包括管路直径、各段区间长度等流阻试验在设置完项目参数后，即可以进行流阻试验。可以记录数据除了实时 显示当前数据外，还通过曲线将数据记录下来(包括9个压力数据、3个温度数据、1个湿度 数据)。数据记录启动后，通过控制各个阀和喷嘴的开关来调整试验管路中的压力。试验结 束，系统提示用户确认试验数据有效性；同时系统自动保存试验数据并更新项目中的相关 fn息o数据分析在进行完成流阻试验后，即可以进行数据分析。系统会在数据库中读取 对应的数据记录并在界面中自动回放，可以做改变数据分析区间的操作。当确定一个合适的区间后，就可以执行数据分析，分析结果存入数据库。流阻测试系统是从缓冲罐启至试验管路110结束，并在其上安装数个压力传感 器、温度传感器以及湿度传感器。系统构成较简单。缓冲罐108 系统对缓冲罐108的直径有要求，罐体直径要大于测试管路直径的10 倍，且管路要在筒体的直线段上，距直线段边缘不小于管路直径。试验管路110 试验管路110要求为光滑管，其公称直径要与受试爆破片的直径相 一致。系统的试验管路110由公称直径50mm、80mm、100mm、150mm、200mm 5根管路组成。管 路长度从筒体至受试爆破片的长度为管径的58倍(测试管内装有整流器时)至92倍。 受试爆破片之后的管路长度也不小于管径的57倍。压力传感器缓冲罐108上的压力传感器P1是作为流阻测试计算的基准压力，因 此也选用了与Ptl相同的绝压变送器，温度传感器T1选用与Ttl相同的传感器，以保证计算数 据的准确性。在缓冲罐上还可安装湿度传感器rh，用于对湿空气进行必要的修正。在测试管路上还分别安装4个压力传感器，Pb为绝压传感器，其它3个为差压传感
ο流阻测试系统流阻测试系统是从缓冲罐启至试验管路结束，并在其上安装数个 压力传感器、温度传感器以及湿度传感器。系统构成较简单。数据计算过程参见说明书部分(在此从略)。
权利要求
一种爆破片流阻系数测试方法，其特征在于所述爆破片流阻系数测试方法具体是使用压缩空气作为动力，在管路中对被测试的爆破片进行流阻试验，获得试验数据；之后对数据进行分析，进而得到爆破片流阻系数；所述爆破片流阻系数测试方法依据专门的爆破片流阻系数测试系统进行试验；所述爆破片流阻系数测试系统的构成如下动力源(101)、调压器(102)开关阀(104)、滞止容器(105)、喷嘴组(106)、收集容器(107)、缓冲罐(108)爆破片安装夹板(109)、试验管路(110)、测试元件(100)；其中，上述组成部分中除试验管路(110)、测试元件(100)外均以顺序串联布置的方式布置在试验管路(110)上；测试元件(100)、布置在其他任意二个构成部分之间或者其他组成部分中；动力源(101)和开关阀(104)之间还设置有用于调压的调压器(102)；收集容器(107)和爆破片安装夹板(109)之间还设置有缓冲罐(108)。
2.按照权利要求1所述爆破片流阻系数测试方法，其特征在于在所述爆破片流阻系 数测试方法中，在管路中对被测试的爆破片进行流阻试验，所获得数据为压力数据、温度数 据和湿度数据；其所使用的测试元件(100)中的压力传感器具体设置在下述位置之一或其组合动力 源(101)和调压器(102)之间，调压器(102)和开关阀(104)之间，滞止容器(105)上，收 集容器(107)上，缓冲罐(108)上，缓冲罐(108)和爆破片安装夹板(109)之间试验管路 (110)，爆破片安装夹板(109)远离缓冲罐(108)的一侧；所述温度传感器(111)设置在滞止容器(105)或/和缓冲罐(108)上；在所述爆破片流阻系数测试系统中，流量测试系统由包含有4个音速喷咀、5个气动球 阀、4个压力传感器、1个温度传感器、1个滞止容器、1个收集容器；流体阻力测试系统包含 有1个缓冲罐、5个不同直径的测试管道、2个绝压压力传感器、3个差压压力传感器、1个温 度传感器和1个湿度传感器。
3.按照权利要求2所述爆破片流阻系数测试方法，其特征在于在所述爆破片流阻系 数测试方法中，流阻试验的具体要求是首先需要提前设置项目参数后，然后进行流阻试验；试验过程中记录数据除了实时 显示当前数据外，还通过曲线将数据记录下来，具体包括9个压力数据、3个温度数据、1个 湿度数据；数据记录启动后，通过控制各个阀和喷嘴的开关来调整试验管路中的压力；试 验结束，系统提示用户确认试验数据有效性；同时系统自动保存试验数据并更新项目中的 相关信息；数据分析在进行完成流阻试验后，即进行数据分析系统会在数据库中读取对应的 数据记录并在界面中自动回放，可以做改变数据分析区间的操作；当确定一个合适的区间 后，就执行数据分析，分析结果存入数据库。
4.按照权利要求3所述爆破片流阻系数测试方法，其特征在于在所述爆破片流阻系 数测试方法中，试验管路(110)要求为光滑管，其公称直径要与受试爆破片的直径相一致。 系统的试验管路(110)由公称直径50mm、80mm、100mm、150mm、200mm 5根管路组成。管路长 度从筒体至受试爆破片的长度为管径的58倍(测试管内装有整流器时)至92倍；受试爆 破片之后的管路长度也不小于管径的57倍。
5.按照权利要求4所述爆破片流阻系数测试方法，其特征在于在所述爆破片流阻系数测试方法中，设置在缓冲罐(108)上的压力传感器Pi是作为流阻测试计算的基准压力， 因此也选用了与P。相同的绝压变送器，温度传感器选用与I；相同的传感器，以保证计算 数据的准确性；在缓冲罐上安装的湿度传感器RH用于对湿空气进行必要的修正； 在测试管路上还分别安装4个压力传感器，其中PB为绝压传感器，其它3个为差压传 感器。
6.按照权利要求5所述爆破片流阻系数测试方法，其特征在于在所述爆破片流阻系 数测试方法中，流阻测试中数据计算的具体要求如下1)临界流的判断对于利用音速喷嘴进行流量计算的先决条件是流体在喷嘴喉部是否达到了音速，可判 断喷嘴出口处的压力与滞止压力的比。根据本装置的喷嘴结构和测试介质，允许喷嘴出口 压力的最大值P2max = 0.81p0。2)流量计算a.质量流量计算式(GB/T21188_2007) 式中qffl——实际质量流量，kg/s ；Ant——喷嘴喉部横截面积，m2 ；Cd,——流出系数，无量纲；a—实际气体一维临界流函数，无量纲；p0—喷嘴入口处气体绝对滞止压力，Pa ；R——通用气体常数，8. 31451J/mol K ；M——摩尔质量，kg/mo 1 ；T0——喷嘴入口处气体绝对滞止温度，K ；b.喷嘴喉部横截面积4个喷嘴的喉部直径见表2，计算各喷嘴喉部横截面积Ant。 流出系数流出系数可由表2中取得； 表2喷嘴参数表d.摩尔质量干空气的摩尔质量M= 2. 89626X10_2kg/mol ；e.湿空气的质量流量修正式(1)计算得到的为不含0)2的干空气的质量流量，为得到 实际空气的质量流量，可由式(3)进行修正； 式中qffl—修正后的含C02的湿空气的质量流量，kg/s ； qffl,dry—由式1计算得不含C02的干空气的质量流量，kg/s ； —空气中含C02的摩尔分数(如果未知，可用0. 0004)；RH——空气的相对湿度，％ ； T、JI——同式(2)； 3)阻力系数计算要求如下a.单位面积质量流量 b.管道入口处马赫数 (5)c.管道入口处的膨胀系数 d.管道入口处压力 e.管道入口处温度 f.在取压口处的温度 g.在取压口处的音速 h.在取压口处的比容 i.在取压口处的马赫数 j.在取压口处的膨胀系数 k.至取压口的总阻力系数 ，1.重复进行f.至k.计算管道入口至每一取压口 A、B、C和D的阻力系数；对每一取压 口计算(9)至(14)式；m.取压口 A和B间的阻力系数Ka-B = Kb-Ka.........(15)η.取压口 B和C间的阻力系数Kb-C = Kc-Kb.........(16)ο.取压口 C和D间的阻力系数Kc-D = Kd-Kc.........(17)P.摩擦系数f = ΚΑ_Β X D/(4 X La_b) .........(18)q.雷诺数Re = DXG/μ.........(19)r.管道粗糙度 s.取压口 B和C间管子的阻力系数 K^c =^- ............ (21)t.受试爆破片的阻力系数Kri — KB_c~KpipeB_c............(22)式中M-分子量，kg/mo 1 ；k——比热比； qm——测量的质量流量，kg/s ；P0——基点压力，Pa(A)；T0——基点温度，K ；D——试验管路内径，m ；La_b——取压口 A和B间的管道长度，m ；Lb_c——取压口 B和C间的管道长度，m ；L。_d——取压口 C和D间的管道长度，m ；PtapA——取压口 A处绝压，Pa(A)；Ptape——取压口 B处绝压，Pa(A)；Ptapc——取压口 C处绝压，Pa(A)；PtapD——取压口 D处绝压，Pa(A)；G——单位面积质量流量，kg/m2 · s ；Mal——管道入口处马赫数；P1——管道入口处绝压，Pa㈧；T——管道入口处温度，K;Ttap——取压口处的温度，K;Vtap——取压口处的音速，m/s ；Vtap——取压口处的比容，m3/kg ；Ma,tap——取压口处的马赫数；Ytap——取压口处的膨胀系数；Ktap——取压口的总阻力系数；KA-B——取压口 A禾Π B间的阻力系数； KB_C——取压口 B和C间的阻力系数；KC_D——取压口 C和D间的阻力系数；f——摩擦系数；μ——空气在Ptl和Ttl条件下的粘度，Pa-s；Re——雷诺数；E——管道粗糙度，mm ；KpipeB_c——取压口 B和C间管子的阻力系数；KEi——受试爆破片的阻力系数。
7.按照权利要求6所述爆破片流阻系数测试方法，其特征在于所述爆破片流阻系数 测试方法中，为了减小排气的噪音，在测试管路末端还设置有消音器。
全文摘要
一种爆破片流阻系数测试方法，其特征在于所述爆破片流阻系数测试方法具体是使用压缩空气作为动力，在管路中对被测试的爆破片进行流阻试验，获得试验数据；之后对数据进行分析，进而得到爆破片流阻系数；所述爆破片流阻系数测试方法依据专门的爆破片流阻系数测试系统进行试验。本发明流量测试精度高，装置的测试范围广。本发明可在低于爆破片爆破压力条件下进行流阻系数测试，减少了测试过程的能源消耗，也降低了试验过程的噪音；符合节能环保要求。
文档编号G01D9/00GK101871874SQ20091001124
公开日2010年10月27日 申请日期2009年4月22日 优先权日2009年4月22日
发明者任克华, 华长春, 宋绪鲜, 张志毅, 李纯刚, 程筱梅, 胡熙玉, 陈杰 申请人:沈阳市特种设备检测研究院